DE2235946C3 - Vorrichtung zur Aufzeichnung von Daten auf einem lichtempfindlichen Aufzeichnungsmaterial - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Aufzeichnung von Daten auf einem lichtempfindlichen Aufzeichnungsmaterial mit einer Quelle kohärenten Lichtes und einem ebenen Träger aus dem lichtempfindlichen Aufzeichnungsmaterial, der in Richtung der Ebene bewegbar ist, bei der das von der Lichtquelle kommende, entsprechende den Daten modulierte und zu dem Träger laufende Licht in einer Ebene zwischen der Lichtquelle und dem Träger durch auf einer drehbaren Platte in Umfangsrichtung angeordnete, lichtdurchlässige Zonenplattenbereiche tritt und die Platte derart «telagert ist, daß die Zonenplattenbereiche sich nacheinander mit einer Bewegungskomponente im wesentlichen quer zur Bewegungsrichtung des Trägers bewegen.

Vorrichtungen der obengenannten Art sind bereits (wie aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 022 265 hervorgeht) vorgeschlagen worden. Bei derartigen Vorrichtungen trifft ein einziger, durch die Zonenplattenbereiche auf der drehbaren Platte zu einem stark fokussierten Lichtpunkt großer Intensität gebündelter Strahl auf den Träger auf und trägt diesem in im wesentlichen parallelen Spuren die Daten auf. Um dabei eine möglichst große Packungsdichte von Daten großer Bandbreite zu erhalten, müssen dementsprechend die Spuren sehr eng beieinanderliegen. Dies bedingt aber ein Trägerrauschen und stellt unverhältnismäßig hohe Anforderungen an die Mechanik im allgemeinen und an die Antriebsmechanik im besonderen, so daß sich in der Spurhaltung und folglich besonders in der Auflösung der Daten beim Auslesen Schwierigkeiten ergeben.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannven Art und damit auch eine Vorrichtung zur Wiedergabe derart auszubiloen. daß Daten großer Bandbreite, in analoger oder digitaler Form bis herauf zu 400 MHz mit wesentlich niedrigeren mechanischen Toleranzen und mit einem wesentlich besseren Rauschverhältnis verarbeitet werden können.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des vorstehenden Hauptanspruches gelöst.

Erfindungsgemäß werden also enge Gitter auf dem Träger an Stelle fokussierter Punkte aufgezeichnet, d. h. eindimensionale Hologramme unendlicher Brennweite. Auf Grund der sich ändernden Abstände der Zonenplattenbereiche eines jeden Paares und damit der sich von Spur zu Spur ändernden Gitterfrequenzen können, auch wenn sich benachbarte Spuren auf dem Träger überdecken, die verschiedenen Kanäle beim Auslesen getrennt werden. Dadurch wird in der Tat das Spurhall eproblem der bekannten Vorrichtungen gelöst, insoweit als die Fourrier-Transformation raum-invariant ist und da die Lage der rekonstruierten Lichtpunkte beim Auslesen unabhängig von der horizontalen Lage der Gitter auf dem Träger ist.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht in einer beachtlichen Verringerung des Rauschens. Staub oder Kratzer in der Größenordnung eines Auflösungspunktes können kein besondereres Bit sin Information zerstören.

Ferner können bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Zentrifugalverformungen auf Grund der hohen Drehzahl oder Verzerrungen leicht vorausberechnet und bereits bei der Konstruktion ohne weiteres durch Kompensationsmaßnahmen ausgeglichen werden.

Auf Grund der geringen mechanischen Anforderungen für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist diese trotz hoher Auslesequalität billig herzustellen.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnungen genauer beschrieben werden. Von den Zeichnungen zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung der erfin-

dungsgemäßen Vorrichtung,

Fig.2 eine Seitenansicht mit den einzelnen Abschnitten der Vorrichtung,

F i g. 3 eine Aufsicht auf eine Ausleseeinrichtung,

F i g. 4 eine Seitenansicht der in der F3 gezeigten Ausleseeinrichtung.

Die bekannten Laser-Aufzeichnungsvorrich tunken benutzen einen stationären kollimierten Laserstrahl, dessen Intensität in Abhängigkeit von dem aufzeichnenden Signal moduliert wird. Ein sich drehender Spiegel und eine Aufzeichnungslinse wandeln den Strahl in einen fokussierten Punkt um, der über einen fotografischen Film läuft. Die vorliegende Erfindung verbessert die bekannten Vorrichtungen, indem sie die beiden Komponenten durch eine einzige abtastende Zonenplatten-Anordnung ersetzt Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in der F i g. 1 in schematischer Darstellung gezeigt. Eine CW-Glaslaserstrahlungsquelle 20 (CW = ungedämpfte Welle) richtet einen Strahl 22 auf einen Lichtmodulator 24, dem ein Eingangssignal zugeführt wird, um dem Strahl in üblicher Weise Daten aufzuprägen. Der modulierte Strahl 26 durchläuft eine Optik 28 zur Strahlaufweitung und fällt dann als kollimierter Strahl auf eine drehbar gelagerte Platte 30, die von einem Motor 32 mit konstanter Drehzahl (vgl. F i g. 2) angetrieben wird. Der Motor ist auf einer Befestigungsplatte 34 montiert. Die Platte 30 kann auch hochkant montiert werden und gedreht werden. H inter der Platte ist ein ebener Träger 36 aus lichtempfindlichen Aufzeichnungsmaterial angeordnet, der in üblicher Weise mit konstanter Geschwindigkeit hinter der Platte mittels einer Abwickelrolle 38 und einer Aufwickelrolle 40 bewegt wird.

Auf der drehbaren, scheibenförmigen Platte 30 befinden sich in Umfangsrichtung angeordnete Zonenplattenbereiche (50a, 50 6; 52a, 526 usw.), also eine Vielzahl von sogenannten Fresnel-Zonenplatten, die öffnungen oder Fenster in der sonst lichtundurchlässigen Platte bilden. Die Zonenplattenbereiche können durch einen Aufzeichnungsvorgang auf einer gewöhnlichen fotografischen Emulsion hergestellt werden, und jeder Zonenplattenbereich wirkt wie eine Linse, die den Laserstrahl in der Trägerebene fokussiert. Durch Drehung der Platte 30 kann der fokussierte Strahl nach Wunsch üder den Träger bewegt werden. In dieser Weise wirkt die Platte 30 wie ein Satz beweglicher Linsen und macht einen Drehspiegel und eine Aufzeichnungslinse entbehrlich.

Ein Zonenplattenbereich wird natürlich zusätzlich zur Erzeugung einer fokussierten Fläche auch einen virtuellen Strahl und einen ungebrochenen direkten Strahl erzeugen. Wie es in der F i g. 2 gezeigt ist, wird zwischen der abtastenden Platte 30 und dem Träger eine Blende 42 eingebracht, um diese unerwünschten Strahlen auszublenden, die eine Überbelichtung des Trägers hervorrufen würden. Bei Verwendung einer Einstrahl-Zonenplatten-Anordnung müßte dif Geschwindigkeit des Trägers so gewählt werden, daß die Spuren deutlich aufgezeichnet werden, um ein sicheres Auslesen zu ermöglichen. Die Einspur-Aufzeichnung macht aber ein genaues Spurhalten (tracking) beim Auslesen erforderlich und verringert die Information, die auf einem Träger aufgezeichnet werden kann.

Es ist daher wünschenswert, wenn das Auslescproblem durch das Aufzeichnen eindimensionaler Hologramme oder Gitter an Stelle fokussierter Lichtpunkte gelöst wird. Bei Verwendung unterschiedlicher Raum-. Gitterfreauenzen auf benachbarten Spuren kann das Problem der Überlappung vermieden werden, und der Träger ist in der Lage sehr viel mehr Daten aufzunehmen, wobei die Ausleseeinrichtung weniger kritisch ist

Eine derartige holographische Aufzeichnung kann ohne zusätzliche Strahlen oder Ausrüstung mit Hilfe der Zonenplatten-Anordnung erreicht werden. Zu diesem Zwecke wird für jede Aufzeichnungslinie auf dem Träger ein Paar von Zonenplattenbereichenbereit ge-

stellt, wodurch eindimensionale Hologramme oder Gitter mit unterschiedlichen Gitterfrequenzen aufgezeichnet werden. Das Hologramm auf der Platte wird so maskiert, daß zwei auf Abstand gehaltene Zonenplattenbereiche in jedem einer Mehrzahl von Segmenten

¹S bereitgestellt werden.

Gemäß F i g. 1 wird auf diese Weise jedes Segment mit einem Paar von rechteckigen Zonenplattenbereichen 50a, 506, (50), 52a, 526, (52), 54a, 546, (54), 56a, 566. (56), 58a, 586, (58), 60a, 606, (60), 62a, 626, (62) und 64a.

^ao 646, (64) versehen. Bei Bestrahlung mit kohärentem Laserlicht erzeugt jedes holographische Rechteck die horizontale Lichtlinie 70 auf dem Träger, die zum Bogen der Aufzeichnungsspur orthogonal ist. Es soll darauf hingewiesen werden, daß die Rechtecke beim

^a5 Durchgang durch den Strahl in der F i g. 1 sich vertikal erstrecken. Diese beiden Lichtlinien interferieren in der Trägerebene und erzeugen ein Gitter mit einer besonderen Gitterfrequenz, die von dem besonderen radialen Abstand der Zonenplattenbereiche abhängt. Die Zonenplattenbereiche eines jeden Plattensegments weisen in radialer Richtung unterschiedliche Abstände auf; dadurch ist bei jedem Abtastvorgang die Gitterfrequenz verschieden, und die Spuren können dicht beieinanderliegen, ohne daß-beim Auslesen störende Interferenzerscheinungen auftreten können.

Bei dem besonderen in der F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Änderung des Radialabstandes dadurch erreicht, daß die außenliegenden Zonenplattenbereiche 50a bis 64a eines jeden Paares in einem konstanten radialen Abstand von der Drehachse angeordnet und die innenliegenden Zonenplaitenbereiche 506 bis 646 mit unterschiedlichem Radialabstand von den außenliegenden angeordnet sind, wobei der Radialabstand vom innenliegenden Zonenplattenbereich 506 bis zum innenliegenden Zonenplattenbereich 646 in den acht Segmenten fortschreitend zunimmt. Andere Abstandsanordnungen zur Erreichung der Variation sind denkbar, die zu einer unterschiedlichen Gitterfrequenz für jedes besondere Segment führt.

Die Zonenplatten-Anordnung ist weniger als ein raumgreifender Drehspiegel den durch die Zentrifugalkraft hervorgerufenen Verzerrungen unterworfen. Die Zentrifugalkräfte sind Radialkräfte. Die effektive Verschiebung eines jeden Zonenplattenbereichs in radialer Richtung bei hohen Drehzahlen hat keinen Einfluß auf die Arbeitsweise der Aufzeichnungsvorrichtung. Theoretisch können radiale Verzerrungen innerhalb der Zonenplattenfläche die Auflösung des fokussierten Punkten herabsetzen. Es kann aber gezeigt werden, daß die Auflösung oder die kleinste Zone eines Zonenplattenbereichs gleich dem durch Brechung beschränkten Laserstrahlpunktes auf dem Träger ist. Daher muß zur Erreichung einer Auflösung von 100 Linien pro Millimeter auf dem Träger die letzte Zone auf dem Zonenplattenbereich einen Abstand von fünf Micron oder ungefähr zehn Lichtwellenlängen aufweisen. Verzerrungen müssen klein im Vergleich zu zehn Lichtwellenlängen sein. Der Drehspiegel muß aber die reflektierte

Wellenfront um nicht mehr als einen kleinen Teil der Lichtwellenlänge verzerren. Auf Grund dessen wird die abtastende Zonenplatten-Anordniing hinsichtlich der Zentrifugalkraftdegradation zehnmal weniger empfindlich sein als ein Drehspiegel.

Da die Zonenplatten-Anordnung eine ebene Scheibe ist, können die zur Kompensation der Zentrifugalkräfte herangezogenen Techniken wesentlich einfacher sein. Man kann z. B. die Einflüsse der radialen Verzerrung des Zonenplattenbereichs vorausberechnen und ein vorverzerrtes Zonenplattenmuster erzeugen, das bei Betriebsdrehzahlen die Form des richtigen Musters annimmt. Eine gleiche Kompensation würde bei dreidimensionalen Drehspiegeln sowohl hinsichtlich der Berechnung als auch hinsichtlich der Herstellung äußerst schwierig sein.

Das Auslesen wird in der F i g. 3 gezeigt. Die Zonenplatten-Anordnung 30 wird wie zuvor im kollimierten Strahl 22 von kohärentem Laserlichi: gedreht. Die Beleuchtung der auf konstantem Radius liegenden Zonenplattenbereiche 50a bis 64a wird durch eine Blende 72 verhindert. Die Zonenplattenbereiche 50i> bis 64£> erzeugen einen Lichtpunkt, der sich längs eines kurzen Bogens in der Fourrier-Transformationsebene einer Leselinse 80 bewegt. Die Radien der Bögen benachbarter Spuren sind verschieden, und ein Auslesedetektor 82 muß daher die Lichtenergie längs eines Bogens mit festem Radialabstand von der optischen Achse integrieren. Die Figur zeigt eine Seitenansicht des Auslesesystems.

Auf diese Weise wird eine abtastende Zonenplatten-Anordnung einfacher Bauart und wirtschaftlicher Konstruktion bereitgestellt die weit weniger anfällig für Verzerrungen auf Grund der Einwirkung von Zentrifugalkräften ist als die Drehspiegelkonstruktion; darüber hinaus kann bei der Zonenplatten-Anordnung der Einfluß der Zentrifugalkräfte durch Korrektur der verwendeten Gitter herabgesetzt werden, wenn die Verzerrung bei einer besonderer Anwendung eine bedeuten de Rolle spielen soll. Weiterhin ist es wichtig festzustel len, daß in der Vorrichtung keine Präzisionsoptik ver wendet werden muß. Zusätzlich ist der Raumbedarf füi die Vorrichtung wesentlich kleiner als der bekanntei Vorrichtungen. Es wird nicht nur eine raumgreifendc Anordnung vermieden, vielmehr wurde für eine Auflö sung von 100 Linien pro Millimeter auf dem Film unc einem Abstand von rund 15 cm zwischen der Zonen

ίο platten-Anordnung und dem Träger berechnet, daß dei Durchmesser der Platte 30 nur ungefähr 2,36 cm be einer Lichtwellenlänge von 6328 A (Helium-Neon-La ser) oder von rund 1.83 cm bei 4880 A (Argon-Laser zu betragen braucht.

»5 Die Vorrichtung ist nicht durch die Feldtiefc unc durch Abweichungen der Aufzeichnungülinse von des Achse beschränkt, und dementsprechend wird eine grö ßere Auflösung eine kleinere Abtastgeschwindigkeit größere Packungsdichten oder größere Bandbreitcr

»o ermöglichen.

Die oben beschriebene Zonenplatten-Anordnung wird auch relativ einfache holographische Laser-Auf Zeichnungsvorrichtungen ermöglichen, da die Zonen platten-Dupletten holographisch erzeugt werden kön-

"5 nen; die perfekte Registrierung der beiden Laserlinier ist gewährleistet, da die beiden Linien holographisch von derselben physikalischen Lichtlinie abgeleitet wer den. Die abtastenden Zonenplatten-Anordnungen kön nen mit Hilfe von Vervielfältigungstechniken mit gro ßer Auflösung verdoppelt werden, damit die mit einei Vorrichtung aufgezeichnete Information auch mit einet anderen Vorrichtung ausgelesen werden kann.

Zum Schluß soll nochmals darauf hingewiesen weiden, daß der Bezugsstrahl mit Hilfe der Blende 72 nui während des Auslese-Betriebs blockiert wird, so daC mit Hilfe des auf dem Träger 36 befindlichen Gitter; der Bezugsstrahl rekonstruiert werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Ii Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Aufzeichnung von Daten auf einem lichtempfindlichen Aufzeichnungsmaterial mit einer Quelle kohärenten Lichtes und einem ebenen Träger aus dem lichtempfindlichen Aufzeichnungsmaterial, der in Richtung der Ebene bewegbar ist, bei der das von der Lichtquelle kommende, entsprechend den Daten modulierte und zu dem Träger laufende Licht in einer Ebene zwischen der Lichtquelle und dem Träger durch auf einer drehbaren Platte in Umfangsrichtung angeordnete, lichtdurchlässige Zonenplattenbereiche tritt und die Platte derart gelagert ist, daß die Zoncnplattenbereiche sich nacheinander mit. eitler Bewegungskomponente im wesentlichen quer zur Bewegungsrichtung des Trägers bewegen, dadurch gekennzeichnet , daß die Zonenplattenbereiche als auf Abstand und aufeinanderfolgend angeordnete Paa- »° re (50, 52, 54, 56, 58,60. 62,64) angebracht sind, die Zonenplattenbereiche (50a. 50b; 52a, 52b usw.) eines jeden Paares mit unterschiedlichem Abstand voneinander und mit Abstand von den anderen Bereichen in der Reihe angeordnet sind und das durch jedes Paar hindurchtretende Licht dadurch mit einer unterschiedlichen Gitterfrequenz auf dem Träger aufgezeichnet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (36) ein Streifen ist, der in Richtung seiner Längsausdehnung bewegbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte als Ganzes im wesentlichen quer zur Bewegungsrichtung des Trägers bewegbar ist und die Zonenplattenbereiche in einer Reihe in Bewegungsrichtung der Platte angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (30) um eine zur Plattenebene senkrechte Achse drehbar gelagert ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Zonenplattenbereiche (50a; 52a; 54a usw.) eines jeden Paares bezüglich der Achse einen konstanten Radialabstand und die anderen Zonenplattenbereiche (50t; 52b; 54b usw.) bezüglich der Achse verschiedene Radialabstände aufweisen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Paare längs eines Umfangsabschnittes der drehbaren Platte vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Paare (50 bis 64) gleichmäßig um die Achse herum verteilt vorgesehen sind.